煤礦回采巷道圍巖控制理論探討

      1 引言
　　通常情況下，在進行煤礦的回采工作前的基本工作布置時，煤礦巷道的建造與加固是非常重要的。隨著工程的開展，巷道內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造條件也越來越復雜，所以如何控制好巷道內(nèi)的圍巖，加固巷道的建設，從而實現(xiàn)煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)是非常重要的。
　　2 支護與圍巖相互作用過程的理論分析
　　2.1 支護和圍巖相互作用的經(jīng)典理論
　　支護和圍巖相互作用理論是對于煤礦巷道圍巖進行有效控制的直接理論基礎。目前在該理論的研究中，一般認為煤礦巷道的圍巖的位移與支撐力成反比，因此，對于圍巖的控制工作的重點應該是對圍巖的支護工作。
　　2.2 支護—圍巖相互作用的波動平衡
　　在巖體遭到變形和破壞的過程中，圍巖的狀態(tài)將經(jīng)歷諸如彈性，可塑性性質(zhì)的變化，以及可能處于破裂和松散等狀態(tài)。而在比較嚴重的情況下，一些煤礦的圍巖構(gòu)造，在挖掘初期就已經(jīng)處于破損的狀況，因此采煤巷道圍巖控制過程會比較復雜。所以為了實現(xiàn)對圍巖的有效控制，就有必要了解圍巖在不同變形狀態(tài)和支撐條件下如何達到穩(wěn)定狀態(tài)。
　　采礦巷道一般來說可分為三個等級：第一個等級是自穩(wěn)定的狀態(tài)，即圍巖結(jié)構(gòu)無需支撐工作即可實現(xiàn)穩(wěn)定的巷道;第二個是亞自動穩(wěn)定狀態(tài)，即當支護控制條件下圍巖發(fā)生一定變形時，巷道可由其自身形成的支撐結(jié)構(gòu)穩(wěn)定;最后是非自穩(wěn)定狀態(tài)，意味著圍巖永遠不會形成自穩(wěn)定性，必須始終保持支護工程來保持巷道的穩(wěn)定狀態(tài)。
　　2.3 支架與圍巖的動態(tài)相互作用
　　受煤礦生產(chǎn)的影響，采礦巷道的地質(zhì)構(gòu)造處于不斷變化的應力場。圍巖的穩(wěn)定等級也通常會經(jīng)歷從自穩(wěn)定到非自穩(wěn)定的過渡。由此我們也可以看出，周圍巖石與采礦巷道支撐之間相互作用的平衡規(guī)律是動態(tài)而分階段的。
　　3 圍巖支護技術(shù)理論
　　3.1 懸吊式支護技術(shù)
　　在過去，對圍巖的支護藝術(shù)一般來說多采用懸吊支護的技術(shù)。假若圍巖周圍細碎巖石比較多，證明圍巖存在著結(jié)構(gòu)問題，此種情況下懸吊錨桿支護的應用非但無法保障支護穩(wěn)定性，甚至還會加速巷道中圍巖的坍塌，從而徹底摧毀周圍的巖石結(jié)構(gòu)，不利于穩(wěn)定巷道的構(gòu)造。
　　3.2 組合梁支護技術(shù)
　　作為一種巖性結(jié)構(gòu)，煤礦巷道圍巖巖石層包含很多層次，且這些巖層形式結(jié)構(gòu)多。在實際施工中，施工人員利用組合梁錨桿支護技術(shù)錨固多層圍巖，提高圍巖承載力。假若巖層破碎程度大，可借助不同巖層間的擠壓與摩擦力，為圍巖穩(wěn)定性的增強創(chuàng)造條件。
　　3.3 組合拱支護技術(shù)
　　在實際施工中，在巖層受到嚴重破壞的情況下，利用其自身的擠壓和摩擦力可以提高圍巖的穩(wěn)定性，同時采用組合拱錨支護技術(shù)提高巖石的承載力。在煤礦回采巷道中，組合的拱錨支撐技術(shù)可以用于有效地錨定多層破碎的圍巖[1]。在此基礎上降低圍巖垮落幾率，并根據(jù)巖層間的擠壓與摩擦力，確保拱形結(jié)構(gòu)具有更強的承載力，同時該項技術(shù)還有效地降低了圍巖變形的頻率，提高了圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。
　　4 錨桿對圍巖的基本支護理論
　　用于基礎支護的支護形式是在巷道的建設中使用強錨，高預應力和錨素支護系統(tǒng)。通過使用強錨和錨素，可以有效增加高預應力，從而實現(xiàn)對周圍的巖石的擴散支撐效果[2]。能夠有效地對周圍巖層中存在的裂紋、裂隙以及結(jié)構(gòu)面的離層滑動進行有效的控制，從而確保隧道施工過程中圍巖的穩(wěn)定性和完整性。
　　5 錨桿支護優(yōu)化設計理論
　　優(yōu)化錨桿支護設計理論，具體來說是指，在煤礦巷道施工期間，工作人員對錨桿圍巖的支護施工設計進行統(tǒng)籌規(guī)劃以及一定的優(yōu)化工作。也就是說，要對支護方案以及具體施工操作流程，進行規(guī)范性的設計與統(tǒng)籌，從而保證錨桿對圍巖的支護作業(yè)施工環(huán)境更加安全，施工質(zhì)量也能夠得到有效保障。在進行支護設計期間，工作人員需要對實際參數(shù)進行認真參考和對照，保證所設計的方案，與實際環(huán)境施工作業(yè)需求更加貼近，全面提高錨桿安裝作業(yè)可執(zhí)行性[3]。其次，工作人員需要對扭矩值進行合理控制。根據(jù)以往作業(yè)經(jīng)驗總結(jié)出的施工作業(yè)結(jié)論，以400為界定值，將具體數(shù)值區(qū)間控制在300～400之間，從而保證在此范圍值內(nèi)，錨桿安裝作業(yè)操作更加規(guī)范、合理。同時，在對錨桿安裝進行規(guī)范設計時，為合理設計壓管，形狀通常設定為球形，從而保證錨桿所承受的負荷力顯著增大，避免錨桿在承受巨大壓力的狀態(tài)下，出現(xiàn)變形的風險，從而最大限度保證巷道內(nèi)部環(huán)境的安全與穩(wěn)定。此外，將錨桿進行一體化設計，對錨桿的枝干、鉆孔等部位進行優(yōu)化設計，從而為工作人員規(guī)范施工提供便利條件[4]。
　　結(jié)語
　　綜上所述，在煤礦回采的巷道施工之中，對圍巖的控制工作是施工的重心，因此，研究錨桿與圍巖的相互作用以及錨桿對圍巖的支護理論是非常重要的。在實際工作中需要工作人員全面優(yōu)化設計，因地制宜地做好圍巖的控制工作，更好地進行煤礦回采的巷道建設，從而推進煤礦的安全生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率。